JP4734492B2 - 半透過型液晶ディスプレイ、フラットパネルディスプレイ装置及び電子機器 - Google Patents

半透過型液晶ディスプレイ、フラットパネルディスプレイ装置及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、液晶ディスプレイに係り、特に半透過型LCDに関する。
現代人の生活様式に合うように、映像及び画像機器は、より軽くそしてより薄くなってきている。従来のブラウン管(CRT)は多くの利点を持ってはいるが、電子銃の設計においては、電子銃が重く且つ大きくなる。更には、ある有害な放射線のため、視聴者の目を傷つける危険を常に孕んでいる。半導体装置や光電子装置の製造方法技術における大きな躍進により、液晶ディスプレイ(LCD)や有機発光ディスプレイ(OLED)やプラズマディスプレイパネル(PDP)といったフラットパネルディスプレイは、徐々に、ディスプレイ製品の主流となってきている。使用される光源により、液晶ディスプレイは反射型LCD、透過型LCD、半透過型LCDの三種類に分類できる。半透過型LCDを例にとってみると、半透過型LCDは、主に半透過型液晶パネルとバックライトとを含んでいる。半透過型LCDは、薄膜トランジスタアレイと、カラーフィルタと、それらに挟まれた液晶層とを含む。バックライトユニットは、表示されている画像に対して、半透過型LCDパネルを照らすための表面光源を与える。特に、薄膜トランジスタアレイは、多数の画素を含むが、各々の画素は透過領域と反射領域とを持っており、透過領域の上に位置する液晶層の厚さは、たいていの場合、反射領域の上に位置する液晶層の厚さとは異なっている。
図1は、従来型の液晶ディスプレイの断面図を、概略的に示している。図1に示すように、従来型のLCD10は、半透過型LCDパネル100と、半透過型LCDパネル100の下に配置されたバックライトユニット102と、半透過型LCDパネル100とバックライトユニット102との間に配置された偏光板104aと、半透過型LCDパネル100の上に配置された偏光板104bと、半透過型LCDパネル100と偏光板104aとの間に配置された1/4波長板106と、を含む。バックライトユニット102と半透過型LCDパネル100との間に実装された偏光板104aにより、光は所望の位相に偏光される。
図1に示すように、従来型の半透過型LCDパネル100は、薄膜トランジスタアレイ基板(TFTアレイ基板)110と、TFTアレイ基板110の上に配置されたカラーフィルタ基板120と、TFTアレイ基板110とカラーフィルタ基板120との間に充填された液晶層130と、を含む。図1に示すように、TFTアレイ基板110は、透明基板112と、多数の薄膜トランジスタ(TFT)114と、多数のスキャンライン(図示せず)と、多数のデータライン116と、多数の画素電極118と、を含む。TFT114と、スキャンラインと、データライン116と、画素電極118との全ては、透明基板112の上に配置されている。TFT114のレイアウトと、スキャンラインと、データライン116と、画素電極118と、については、当業者に公知であり、詳細は説明しない。TFT114の各々は、対応するスキャンラインに電気的に接続されたゲート電極114Gと、データライン116に電気的に接続されたソース電極114Sと、画素電極118に電気的に接続されたドレイン電極114Dと、ゲート電極114Gに印加されるバイアス(例えば、VghやVgl)によってオン/オフできるチャネル層114Cと、を含む。
図1に示すように、半透過型LCDパネル100の多数の透過領域と反射領域とが画定されるように、画素電極118は、お互いに電気的に接続される透明電極118Tと反射電極118Rとを含む。詳細には、透明電極118Tは、バックライトユニット102から発する光が通り抜けることを許す。また、反射電極118Rは、環境光を反射する。一般的に、透明電極118Tは、酸化インジウムスズ(ITO)や酸化インジウム亜鉛(IZO)やその他の透明導電物質から作られる。一方、反射電極118Rは、金属やその他の反射導電物質から作られる。
更に図1に示すように、カラーフィルタ基板120は、透明基板122と、多数のカラーフィルタ124R、124G、124Bと、共通電極126と、を含む。ここで、カラーフィルタ124R、124G、124Bは、透明基板122の上に配置されており、また、共通電極126は、カラーフィルタ124R、124G、124Bの上に配置されている。一般的に、共通電極126はITOやIZOやその他の透明導電物質から作られる。
従来型のLCD10においては、バックライトユニット102によって供給される光の一部は、TFTアレイ基板110上の反射電極118Rによって反射される。一方、バックライトユニット102によって供給される光のその他の部分は、透明電極118Tを通過する。詳細には、反射電極118Rによって反射される光は、バックライトユニット102の上の1/4波長板106によって遮断される。よって、反射電極118Rによって反射された光は再利用できない。加えて、偏光板104aと、アナライザー104bと、1/4波長板106と、は画像表示に必要であるため、製造時間及び費用を著しく削減することはできない。
本発明は、半透過型LCD及びフラットパネルディスプレイ及び電子機器に関する。
一態様として、本発明は、液晶パネルの画像の質を高めるため、画素スイッチング装置(例えばTFTアレイ)が備えられているパネル基板とは異なるパネル基板上に備えられた内部反射表面を持った液晶パネルに関する。一つの実施形態として、内部反射表面は、カラーフィルタを支持する同一の基板上に配置される。もう一つの実施形態としては、内部反射表面は、バックライトユニットに隣り合う位置に配置される。一実施形態として、液晶パネルは、半透過型のものである。
もう一つの態様として、液晶パネルの画像の質を高めるため、光学フィルムが液晶パネルの内部に備えられる。内部光学フィルムは、例えば、偏光板や光学補償板であってもよい。一実施形態として、内部光学フィルムは、内部反射表面を支持する基板によって、支持されていてもよい。
ここに、例示そして概略が示されているように、一実施形態として、本発明は、内部反射表面を持った液晶ディスプレイ、例えば、半透過型LCDを提供する。半透過型LCDは、光を供給するバックライトユニットと、アクティブマトリクス基板といった画素スイッチング装置のマトリクス基板から成る液晶パネルと、アクティブマトリクス基板とバックライトユニットとの間に配置された内部反射板を備える反対側基板と、反対側基板に配置された内部偏光板や光学補償板といった光学フィルムと、アクティブマトリクス基板と光学フィルムとの間に充填された液晶層と、を含む。本発明の半透過型LCDにおいては、バックライトユニットにより供給される光が再利用できるように、バックライトユニットにより供給される光の一部は内部反射板により反射される。
ここに、例示そして概略が示されているように、本発明は、また、フラットパネルディスプレイ装置を提供する。フラットパネルディスプレイ装置は、半透過型LCDと、半透過型LCDに電気的に接続された駆動回路と、を含む。
ここに、例示そして概略が示されているように、本発明は、更に、電子機器を提供する。電子機器は、フラットパネルディスプレイ機器と、ユーザーインターフェイスと、フラットパネルディスプレイ機器とユーザーインターフェイスに電気的に接続された制御回路と、を含む。
以上の一般的な説明と以下の詳細な説明とはどちらも例示的であり、特許請求の範囲の発明については更なる説明をするものであることを理解されたい。付随する図面は、本発明の更なる理解を与えるために含まれており、また、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、発明の原理を説明するのに役立つ説明と共に、本発明の実施形態を例示する。
本発明は、新規液晶表示パネルを提案するものである。例示と例示に限定されない方法により、進歩性のある半透過型LCDを提案する。本発明の半透過型LCDにおいては、更なる再利用のため、バックライトユニットにより供給される光が、内部反射板により反射できるように、内部反射板を備えた反対側基板は、アクティブマトリクス基板とバックライトユニットとの間に配置されている。加えて、本発明の半透過型LCDにおいては、光学フィルムが、反対側基板上と、アクティブマトリクス基板と内部反射板を備えた基板との間と、に形成されるため、図1において使われている1/4波長板は必要ではない。結果として、反射板により反射された光は、1/4波長板によって遮断されること無く、再利用できる。
図2は、本発明の第一の実施形態の液晶ディスプレイの概略の断面図を示したものである。図2に示すように、本発明の第一の実施形態である半透過型LCD20が提供されている。半透過型LCD20は、光Lを提供するためのバックライトユニット260と、LCDパネル200と、を含む。LCDパネル200は、画素スイッチングマトリクスのアレイ、例えば、アクティブマトリクス基板210のためのTFTアレイが配置される基板と、内部反射板201を備えた反対側基板220と、反対側基板220の上に配置された内部偏光板230と、液晶層240と、を含む。図2に示すように、液晶層240は、アクティブマトリクス基板210と内部偏光板230との間に充填されている。内部偏光板230は、環境光L1の位相を調節することができ、反射領域Rの画像の質を改善することができる。反対側基板220は、アクティブマトリクス基板210とバックライトユニット260との間に配置されており、バックライトユニット260によって供給される光Lの一部は、内部反射板201によって反射されるということに留意されたい。半透過型LCD20の構造は、図1に示した従来型の半透過型LCD10とは、全く異なっている。特に、バックライトユニット260と、アクティブマトリクス基板210と、反対側基板220と、の配置は、今までに無いものである。
バックライトユニット260と、アクティブマトリクス基板210と、反対側基板220と、の詳細構造について、以下で論ずる。図2に示すように、本発明の実施形態のバックライトユニット260は、エッジ照明型のバックライトモジュール、または、直接型のバックライトモジュール、または、冷陰極蛍光フラットランプ(CCFFL)または、有機ELデバイス(OELデバイス)であってもよい。エッジ照明型のバックライトモジュールと直接型のバックライトモジュールのいずれにおいても、光源は、発光ダイオードアレイ(LEDアレイ)、または、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)、または、その他の光源であってもよい。
更に図2に示すように、アクティブマトリクス基板210は、第一基板212(例えば、ガラス基板のような透明基板)と、第一基板212のうえに配置された多数のコントロールライン214と、対応するコントロールライン214に各々が電気的に接続されている多数の薄膜トランジスタ216と、第一基板212の上にアレイ状に配置されたストレージキャパシタンスCstと、を含む。アクティブマトリクス基板210において、第一基板212上に配置されたコントロールライン214は、スキャンラインそしてデータラインであってもよい。本発明の実施形態において、アクティブマトリクス基板210は、低温ポリシリコン(LTPS)技術やその他のアレイプロセスによって、製作される。更には、ストレージキャパシタンスCstは、第一電極213aと、第二電極213bと、第一電極213aと第二電極213bとの間に配置された誘電層213cと、を含む。
バックライトユニット260から供給される光が、ストレージキャパシタンスCstを通過できるように、第一電極213aと第二電極213bは、ITOやIZOやその他の透明導電物質から作られてもよいということに留意されたい。結果として、アクティブマトリクス基板210の透過率は85%から90%と達成できる。しかしながら、第一電極と第二電極の材料は、透明という事に制限されることは無い、つまり、第一電極213aと第二電極213bとの各々またはどちらか一方が、不透明な金属で作られてもよい。
図2に示した薄膜トランジスタ216は、トップゲート型のトランジスタであり、また、チャネル層Cの材料は、エキシマレーザアニール(ELA)法により作られた低温ポリシリコンである。しかしながら、薄膜トランジスタ216の構造とチャネル層Cの材料は詳細のために例示したに過ぎず、図2の形式に限定されない。言い換えると、本発明の薄膜トランジスタTは、ボトムゲート型のトランジスタであってもよく、また、チャネル層Cの材料は、化学気相蒸着法によって作られるアモルファルシリコンであってもよい。
図1に示した従来型の半透過型LCD10においては、透過領域Tと反射領域Rとは、TFTアレイ基板110上の同じ面にある透明電極118Tと反射電極118Rとの夫々によって、画定される。これに対して、本発明の半透過型LCD20では、例示された実施形態において、透過領域Tと反射領域Rは、LCDパネル200のアクティブマトリクス基板210の反対側に、反対側基板220の側に画定される。
図2に示すように、反対側基板220は、第二基板202(例えば、ガラス基板のような透明基板)と、ポリマー層203と、多数のカラーフィルタ204R、204G、204Bと、オーバーコーティング205と、共通電極206と、を含む。内部反射板201は、ポリマー層203の上に配置されている。ポリマー層203は、第二電極202の上に配置されている。カラーフィルタ204R、204G、204Bによって、内部反射板201の一部が覆われるように、カラーフィルタ204R、204G、204Bは、ポリマー層203と内部反射板201との上に配置されている。オーバーコーティング205は、カラーフィルタ204R、204G、204Bと、カラーフィルタ204R、204G、204Bに覆われていない内部反射板201と、の上に配置されている。加えて、共通電極206は、オーバーコーティング205の上に配置されており、また、内部偏光板230は、共通電極206の上に配置されている。
図2に示すように、内部反射板201は、バックライトユニット260から供給される光Lを反射するための多数の第一反射パターン201aと、反対側基板220上の多数の反射領域Rを画定する多数の第二反射パターン201bと、を含む。すなわち、環境光Lは、第二パターン201bによって反射させることができる。例示した実施形態においては、分離した部分である201aと201bから成る不連続な構造を持った内部反射板201が示されているが、望まれる画像の質に依存するある種の応用においては、内部反射板は、平坦な領域を横切る連続的な構造を持っていてもよい。特に、内部反射板201に占有されていない領域は、透過領域Tと画定される。透過領域Tの表示の質を改善するために、第一パターン201aは、光Lを再利用することを促進させることに留意されたい。反射パターン201aは、バックライトユニット260に対して滑らかな底面を持っている。反射パターン201aはカラーフィルタに覆われているが、覆われている必要がある訳ではない。
本発明の一実施形態において、第二反射パターン201bに覆われたポリマー層203の表面の一部は、凹凸がある。そして、第二反射パターン201bは、ポリマー層203の覆われた(凹凸のある)表面上にコンフォーマルに形成されている。反射領域Rの表示の質を改善するために、ポリマー層203の凹凸のある表面は、第二反射パターン201bの反射率を上げることができる。
図3は、本発明の第二の実施形態の液晶ディスプレイの断面図を概略的に示したものである。図3に示すように、共通電極206と内部偏光板230の位置を除いては、本発明の実施形態である半透過型LCD20aは、一つ目の実施形態である半透過型LCD20に似ている。この実施形態において、内部偏光板230は、オーバーコーティング205の上に配置されており、また、共通電極206は、内部偏光板230の上に配置されている。内部偏光板230の位置は、図2及び図3だけには限定されず、内部偏光板は、不連続な構造にもできるということに留意されたい。ここで、不連続な内部偏光板は、各々のセクションが、積層構造の層のいずれか二つの間に配置され、また、第二反射パターン201bの上に位置しているような、分離したセクションから成る。
図4は、本発明のもう一つの実施形態の液晶ディスプレイの断面図を模式的に示したものである。図4に示すように、内部偏光板の換わりに光学補償板250が配置されていることを除いては、本実施形態の半透過型LCD20bは、一つ目の実施形態である半透過型LCD20に似ている。本実施形態において、環境光Lの位相が光学補償板250によって補償されるように、光学補償板250は、共通電極206の上に配置されており、また、第二パターン201bの上方に位置している。反射領域Rの画像の質は改善することができる。
図5に示すように、内部偏光板の換わりに光学補償板250が配置されていることを除いては、本実施形態の半透過型LCD20cは、一つ目の実施形態である半透過型LCD20に似ている。本実施形態において、環境光Lの位相が光学補償板250によって補償されるように、光学補償板250は、第二反射パターン201bの上に配置されている。反射領域Rの画像の質は改善することができる。光学補償板250の位置は、図4及び図5に限定されず、光学補償板250は、第二反射パターン201bの上方に位置する積層構造の層のいずれか二つの間に配置されてもよいということに留意されたい。
一般的に、上述された本発明のLCDは、フラットパネルディスプレイ装置に応用可能であり、更には、電子機器に実装されてもよい。図6は、本発明の様々な実施形態に関して、フラットパネルディスプレイ装置のブロックダイアグラムを概略的に示したものである。図6において、フラットパネルディスプレイ装置300は、一般的に、駆動ユニット302と、本発明の半透過型LCD304と、を含むことができる。駆動ユニット302は、ソース装置と、ゲート装置と、ソース装置とゲート装置を通して半透過型LCD304に電気的に接続された制御板と、を含む。一般的に、駆動ユニット302は、チップオングラス技術(COG技術)や、チップオンボード技術(COB技術)や、テープオートメイテッドボンティング技術(TAB技術)や、チップオンフィルム技術(COF技術)によって作られてもよい。
図7は、本発明の様々な実施形態に従って、一般的な電子機器のブロックダイアグラムを概略的に示したものである。図7において、携帯電話、LCDテレビジョン一式、コンピュータシステム、ゲーム機や、ディスプレイ領域を持った装置等といった電子機器400は、ユーザーインターフェイス402と、回路ユニット404と、図6に示したフラットパネルディスプレイ300と、を含む。
ユーザーが電子機器400を使うことができ、そして、情報がフラットパネルディスプレイ300に表示されるように、回路ユニット404は、ユーザーインターフェイス402とディスプレイ300とに電気的に接続される。言い換えると、本発明のフラットパネルディスプレイ300は、ディスプレイユニットとして働く電子機器へと実装される。
本発明の上述の記載によると、内部偏光板は、反対側基板に形成され、半透過型LCDパネルの反射領域と透過領域とを画定する。反対側基板はバックライトユニットとアクティブマトリクス基板との間に配置されているので、反射板は、主にLCDパネルに向かう方向に沿って進む光を、再利用のため、バックライトユニットに向けて反射させることができる。結果として、本発明のLCDパネルの開口率は有効に改善することができる。加えて、光学フィルム(例えば、内部偏光板や光学補償板)は、反対側基板の内部表面に配置される。また、1/4波長板を反対側基板の外部表面上に取り付ける必要はない。
本方法においては、内部偏光板によって反射される光は有効に再利用することができる。
例示した実施形態においては、反対側基板に支持された光学フィルムが示されているが、光学フィルム(例えば、偏光板や光学補償板)は、マトリクス基板上に支持されてもよい。例示された光学フィルムは、内部反射板と接続して配置されているが、内部光学フィルムは、内部反射板から独立に使われてもよい。画素スイッチング装置基板は、アクティブマトリクス基板として示されているが、その他の型の画素スイッチング装置基板であっても、マトリクス基板上に支持されうる。内部反射面と内部光学フィルム面の各々またはどちらか一方は、例示された半透過型LCDに加えて、透過型や反射型LCDの各々またはどちらか一方に接続されるように配置されてもよい。
本発明の実施形態の上述の説明は、例示と説明の目的のために提供されてきた。上述の記述は、包括的なことを意図したものではないし、発明を、具体的な形式や、開示した例示的な実施形態に限定することを意図したものではない。したがって、上述の記述は、限定的なものというよりはむしろ例示的なものと、みなされるべきである。当業者に対しては、多くの変形と変更が明らかであろう。発明の原理と、発明の最良の形態における実用的な応用と、を最良に説明するために、上述の実施形態は、選択し、説明した。従って、当業者は、様々な実施形態に対して、特定の使用や想定される実施に適するような様々な改良と一緒に本発明を理解することができる。発明の範囲は、特許請求の範囲と、特許請求の範囲にそうではないと示されていない限りは、全ての用語を、広義的且つ論理的に捉えた特許請求の範囲と同等のものと、によって画定される。特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲から逸脱しない範囲において、当業者によって、本発明の実施形態の変更はなされるということは、充分認識することができる。更には、本発明の開示におけるいかなる要素や構成も、要素や構成が特許請求の範囲に明示的に記載されているかどうかに関わらず、単に公知とすることを意図したものではない。
従来型の液晶ディスプレイの概略の断面図である。 本発明の一つ目の実施形態に関する液晶ディスプレイの概略の断面図である。 本発明の二つ目の実施形態に関する液晶ディスプレイの概略の断面図である。 本発明の三つ目の(another)実施形態に関する液晶ディスプレイの概略の断面図である。 本発明の様々な実施形態に関するフラットパネルディスプレイ装置の概略のブロックダイアグラムである。 本発明の様々な実施形態に関するフラットパネルディスプレイ装置の概略のブロックダイアグラムである。 本発明の様々な実施形態に関する一般的な電子機器の概略のブロックダイアグラムである。
符号の説明
10 LCD
100 半透過型LCDパネル
102 バックライトユニット
104a、104b 偏光板
106 1/4波長板
110 TFTアレイ基板
112 透明基板
114 TFT
114C チャネル層
114D ドレイン電極
114G ゲート電極
114S ソース電極
116 データライン
118 画素電極
118R 反射電極
118T 透明電極
120 カラーフィルタ基板
122 透明基板
124R、124G、124B カラーフィルタ
126 共通電極
20 半透過型LCD
200 LCDパネル
201 内部反射板
201a 第一反射パターン
201b 第二反射パターン
202 代に基板
203 ポリマー層
204R、204G、204B カラーフィルタ
205 オーバーコーティング
206 共通電極
210 アクティブマトリクス基板
212 第一基板
213a 第一電極
213b 第二電極
213c 誘電層
214 コントロールライン
216 薄膜トランジスタ
220 反対側基板
230 内部偏光板
240 液晶層
250 光学補償板
260 バックライトユニット
300 フラットパネルディスプレイ装置
302 駆動ユニット
304 半透過型LCD
400 電子機器
402 ユーザーインターフェイス
404 回路ユニット
Cst ストレージキャパシタンス
R 反射領域
T 透過領域

Claims (12)

  1. マトリックス基板と、
    複数の不連続な第一及び第二反射パターンを備えた内部反射板を支持する反対側基板であって、前記第二反射パターンには凹凸があり、前記内部反射板を支持していない該反対側基板の一部が透過領域と画定される、反対側基板と、
    前記内部反射板を支持していない前記反対側基板の一部の上に配置され、前記第一反射パターンを完全に覆い、前記第二反射パターンを覆わない多数のカラーフィルタと、
    該マトリックス基板と該反対側基板との間に設けられた液晶層と、
    前記反対側基板と前記液晶層との間に配置された光学フィルムと、を有し、
    前記複数の第一反射パターンが、バックライトユニットからの光反射し
    前記複数の第二反射パターンが、環境光を反射し、前記反対側基板上の多数の反射領域を画定し、
    前記バックライトから前記反対側基板の透過領域に達する前記反対側基板の透過領域を通して透過される、液晶表示パネル。
  2. 前記マトリクス基板は、第一基板上に支持された画素スイッチング装置のアレイを有する請求項1に記載の液晶表示パネル。
  3. 前記画素スイッチング装置は、薄膜トランジスタを有する請求項2に記載の液晶表示パネル。
  4. 前記反対側基板は、第二基板上に支持された前記カラーフィルタを有し、前記内部反射板が前記第二基板上に支持されている請求項1に記載の液晶表示パネル。
  5. 前記光学フィルムは、内部偏光板と光学補償板との少なくとも一つを有する請求項1に記載の液晶表示パネル。
  6. 前記第二基板上に支持されたポリマー層であって、該ポリマー層は内部反射板を支持し、また、前記第二反射パターンに隣接する該ポリマー層の表面には凹凸があり、また、該第二反射パターンは該ポリマー層の凹凸のある表面上にコンフォーマルに形成されているポリマー層を更に有する請求項に記載の液晶表示パネル。
  7. 前記反対側基板は、
    前記第二基板上に支持されたポリマー層であって、カラーフィルタを支持するポリマー層を有する請求項1に記載の液晶表示パネル。
  8. 前記カラーフィルタの上に配置されたオーバーコーティングと、該カラーフィルタによって覆われていない内部反射板の一部と、を更に有する請求項に記載の液晶表示パネル。
  9. 前記オーバーコーティング上に配置された光学フィルムと、
    前記光学フィルム上に配置された共通電極と、を更に有する請求項に記載の液晶表示パネル。
  10. 請求項1から4のいずれか一項に記載の液晶表示パネルと、
    前記反対側基板に隣接する側におけるバックライトモジュールと、を有する液晶ディスプレイ。
  11. 請求項10に記載の液晶ディスプレイと、
    該液晶ディスプレイに作動可能に連結された駆動回路と、を有するフラットパネルディスプレイ装置。
  12. 請求項11に記載のフラットパネルディスプレイ装置と、
    ユーザーインターフェイスと、
    該フラットパネルディスプレイ装置と該ユーザーインターフェイスとに作動可能に連結された制御回路と、を有する電子機器。
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